译文—自然通风冷却装置的设计与应用

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1、译文——《自然通风冷却塔的设计与应用》NaderV.Chalfun博士亚利桑那州大学建筑学院副教授新疆建筑设计研究院刘鸣（译）摘要：自然向下通风的蒸发冷却器是由亚利桑那州大学和环境研究实验室近来发明的，这些类似冷却塔的装置是由设在顶部的湿膜和喷淋装置组成，在自然重力作用下提供冷风。在干热地区，这一装置可用来冷却居住、商业建筑以及室外公共、私人的活动区。本文主要介绍国内、国际一些干热地区最新冷却塔的建设和运用并介绍冷却塔的技术性能。近来的实例包括：正在建设由一系列冷却塔构成的南非“Botswance技术中心总部办公楼”和沙特阿拉伯利雅得用来为室外公共

2、活动场所提供冷气的“皇室事务和市政部所属环境塔”。1、简介：加湿装置浸没在水中的强制机械通风冷风机已在美国的西南沙漠地区使用多年，该冷却机组用风机驱动空气通过湿帘来冷却建筑、循环水泵则不断输送水加湿施帘。自然蒸发通风的冷却塔仅用循环水泵不需要风机；有的设计省去循环泵，利用生活给水系统的压力，通过控制给水管喷淋压力给湿帘加湿，不用任何电力。最初，由美国得克萨斯亚利桑那州环境研究实验室和亚利桑那大学的科学家和工程师设计和发明的这一冷却塔装置，它由设在顶部的湿膜和喷淋装置或者其它一些冷却装置组成，通过重力自然作用提供冷风。这些冷却塔也被称之为倒烟囱，就像

3、热气流在烟囱里向上一样，这里，冷气柱则向下流。冷空气的风量取决于蒸发冷却装置的效率、塔的高度、塔的断面积以及空气流经湿帘、塔和出风口的阻力（见图1）。冷却塔的热性能评估详见由Tompsonet给出的文献3，自然通风蒸发冷却塔的其它参考资料详见由Givoni和Sodha给出的文献4、5。图12、计算：为了事先预测冷却塔的性能，本文作者与美国得克萨斯亚利桑那州环境研究实验室的科学家一道编制出相应的计算程序。冷却塔提供的冷空气流量可按照以下公式计算：（1）既风量的大小取决于空气的密度和室外风速；.是空气密度(lb/ft3),是塔内平均温度下空气的密度,是

4、室外空气密度,是塔内外空气密度的差值，Vt、Vw分别代表塔内、室外风速(ft/s)，流经塔的空气总阻力系数，gc牛顿定律转换系数(32.2lbm-ft/lbfs2)，g是重力加速度(ft/s2)，Z代表有效塔高（湿帘底部至出风口的上部的距离（见图1）,DCwp是室外塔的进出风口风压差值，Cwp在迎风面是正值而在背风面是负值，受冷却作用塔内冷空气向下流动，有的时候Cwp也可能是负值，因为风使得空气流动停止或反向向上。.5如无风压，则上面公式可以简化为：（2）塔内空气的密度很大程度是由室外决定的，如：室外空气的温度、湿度、大气压力和塔顶蒸发冷却湿帘的性

5、能。湿帘的效率为通过湿帘前后的空气干球温差值与空气的干球温度和湿球温度的差值的比值。湿帘的效率:（3）塔的设计应遵循典型气象年的气象资料，此外还应考虑：纬度、经度、海拔前提下。在室外无风状态下计算，塔的主要设计要点：1)湿膜的宽、高、厚以及深度位置,2)井道的面积、高度、出口大小,3)出口测的形式或者底部排风口的形式4)塔井将服务的区域（室内或室外）。当用户选择出需要计算的特殊月份，计算机程序就可给出六组单位相关数据资料：1)周围环境情况：干球温度,湿球温度,相对湿度和空气密度.2)塔内情况:空气温度、相对湿度、空气密度和流速.3)塔外情况:空气流

6、速和流量.4)湿帘的蒸发效率.5)进入塔内的室外空气干球温度和送出空气温度之间的温差.6)单位小时耗水量.冷却塔月度平均用水量以及总日用水量.3.近期工程项目：在过去一些年，作者和亚利桑那州环境研究实验室的研究团队（ERL）已帮助完成设计了几项国内、国际工程.都采用了先进的节能建筑构造工艺——被动式冷却装置冷却塔。下面选择介绍二个采用冷却塔来服务室内、室外环境的工程项目。3.1.博斯瓦纳技术中心(BTC)该技术研究学院位于博斯瓦纳市的伽巴柔尼（Gabarone），最终定稿的设计是为满足该中心总部的办公与实验室用房需要。新建筑设计体现了博斯瓦纳技术中

7、心(BTC)对特别适合当地的新技术支持，从本项目可以取得经验和技术转移，造福于当地社会。博斯瓦纳市的气候具有半干旱气候特征，迦巴柔尼（Gabarone）则属于半沙漠气候，靠近萨哈拉大沙漠，降雨量少，雨季多在夏季或气温较热的季节，年降雨量500mm。夏季平均气温26°C(79°F)，不经常出现的高温是36°C(86°F)。冬季六月份（注：南半球），偶有雾，迦巴柔尼（Gabarone）的平均温度是12.8°C(55°F)。作者的作用就是与业主委员会、当地的建筑师工程师团队合作使得蒸发冷却塔在建筑内能有机结合，并使其性能最优。这栋二层高的建筑面积2000

8、m²(18,000ft²)，分为四个区每个区有一大约250m²(2,300ft²)院子.四个区域划分见图2所示。A区包括接